DE102004044820A1

DE102004044820A1 - Brennstoffeinspritzventil

Info

Publication number: DE102004044820A1
Application number: DE200410044820
Authority: DE
Inventors: Andreas Krause
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2004-09-16
Filing date: 2004-09-16
Publication date: 2006-03-30

Abstract

Ein Brennstoffeinspritzventil (1) zum direkten Einspritzen von Brennstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine umfaßt eine in einem Düsenkörper (3) angeordnete Ventilnadel (4), welche durch einen Aktor (7) betätigbar ist und durch eine Rückstellfeder (9) so beaufschlagt ist, daß ein mit der Ventilnadel (4) in Wirkverbindung stehender, dem Brennraum zugewandter Ventilschließkörper (5) im unbetätigten Zustand des Aktors (7) in dichtender Anlage an einer Ventilsitzfläche (6) gehalten wird. Der Düsenkörper (3) weist eine umfängliche, zinnenartige Struktur (14) auf.

Description

Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Beispielsweise ist aus der DE 195 34 445 A1 ein nach außen öffnendes Brennstoffeinspritzventil bekannt, welches eine in einem Düsenkörper geführte Ventilnadel aufweist, welche durch einen Aktor betätigbar ist und durch eine Rückstellfeder so beaufschlagt ist, daß ein mit der Ventilnadel in Wirkverbindung stehender Ventilschließkörper in dichtender Anlage an einer Ventilsitzfläche gehalten wird. Das Brennstoffeinspritzventil umfaßt einen kegeligen Dichtsitz und spritzt über mehrere Abspritzöffnungen eine strukturierte, kegelförmige Gemischwolke in den Brennraum einer Brennkraftmaschine ein.

Nachteilig bei dem aus der DE 195 34 445 A1 bekannten Brennstoffeinspritzventil ist insbesondere, daß die in den Brennraum eingespritzte Gemischwolke hohlkegelig mit einer geschlossenen Mantelfläche ist. Dadurch kommt es einerseits zu Verschiebungen der Druckverhältnisse innerhalb und außerhalb des Strahlkegels. Zudem ist eine gezielte Strukturierung und Formung der Gemischwolke nicht möglich.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß eine gezielte Formung der in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzten Gemischwolke in einfacher Weise durch eine zinnenartige Struktur des Düsenkörpers möglich ist.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterentwicklungen des im Hauptanspruch angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich.

Vorteilhafterweise weist die zinnenartige Struktur Vorsprünge und Lücken auf, deren Anzahl und Breite variabel ist.

Von Vorteil ist außerdem, daß der Ventilschließkörper durch die Vorsprünge, deren Stirnflächen parallel zu einer Längsachse des Brennstoffeinspritzventils orientiert sind, geführt ist.

Weiterhin ist von Vorteil, daß die Vorsprünge die als Brennstoffkanal dienende zentrale Ausnehmung des Brennstoffeinspritzventils teilweise abdecken, so daß Brennstoff gezielt nur über die Lücken zwischen den Vorsprüngen abgespritzt wird.

Vorteilhafterweise ist der Abspritzwinkel des Brennstoffs durch eine Neigung der Lücken gegenüber der Ventilsitzfläche frei wählbar.

Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 einen schematischen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgestalteten Brennstoffeinspritzventils,
2 eine schematische Schnittdarstellung des in 1 dargestellten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils im Bereich II in 1,
3 eine schematische perspektivische Darstellung des abströmseitigen Endes des Düsenkörpers des erfindungsgemäß ausgestalteten Brennstoffeinspritzventils,
4 eine schematische ausschnittsweise Aufsicht auf den Düsenkörper des erfindungsgemäß ausgestalteten Brennstoffeinspritzventils, und
5A-B schematische Darstellungen der zu erwartenden Verteilung einer durch das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil erzeugten Gemischwolke.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Ein in 1 dargestelltes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 1 ist in der Form eines Brennstoffeinspritzventils 1 für Brennstoffeinspritzanlagen von gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschinen ausgeführt. Das Brennstoffeinspritzventil 1 eignet sich insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen nicht dargestellten Brennraum einer Brennkraftmaschine.
Das Brennstoffeinspritzventil 1 besteht aus einem Gehäusekörper 2 und einem Düsenkörper 3, in welchem eine Ventilnadel 4 angeordnet ist. Die Ventilnadel 4 steht mit einem Ventilschließkörper 5 in Wirkverbindung, der mit einer Ventilsitzfläche 6 zu einem Dichtsitz zusammenwirkt. Bei dem Brennstoffeinspritzventil 1 handelt es sich im Ausführungsbeispiel um ein nach außen öffnendes Brennstoffeinspritzventil 1. Das Brennstoffeinspritzventil 1 weist einen Aktor 7 auf, der im Ausführungsbeispiel als piezoelektrischer Aktor 7 ausgeführt ist. Der Aktor 7 stützt sich einerseits an dem Gehäusekörper 2 und andererseits an einer mit der Ventilnadel 4 in Wirkverbindung stehenden Schulter 8 ab. Abströmseitig der Schulter 8 ist eine Rückstellfeder 9 angeordnet, welche sich ihrerseits an dem Düsenkörper 3 abstützt.
Die Ventilnadel 4 weist einen Brennstoffkanal 10 auf, durch welchen der durch eine zulaufseitige zentrale Brennstoffzufuhr 11 zugeleitete Brennstoff zum Dichtsitz geführt wird. Zuströmseitig des Dichtsitzes durchströmt der Brennstoff eine Ausnehmung 12 des Düsenkörpers 3, in welche der Brennstoffkanal 10 ausmündet.
Im Ruhezustand des Brennstoffeinspritzventils 1 wird die Schulter 8 durch die Kraft der Rückstellfeder 9 entgegen der Hubrichtung so beaufschlagt, daß der Ventilschließkörper 5 an der Ventilsitzfläche 6 in dichtender Anlage gehalten wird. Bei Erregung des piezoelektrischen Aktors 7 dehnt sich dieser in axialer Richtung entgegen der Federkraft der Rückstellfeder 9 aus, so daß die Schulter 8 mit der Ventilnadel 4, welche mit der Schulter 8 kraftschlüssig verbunden ist, in Hubrichtung bewegt wird. Der Ventilschließkörper 5 hebt von der Ventilsitzfläche 6 ab, und der über den Brennstoffkanal 10 und die Ausnehmung 12 zugeführte Brennstoff wird abgespritzt.
Wird der Erregerstrom abgeschaltet, reduziert sich die axiale Ausdehnung des piezoelektrischen Aktors 7, wodurch die Ventilnadel 4 durch den Druck der Rückstellfeder 9 entgegen der Hubrichtung bewegt wird. Der Ventilschließkörper 5 setzt auf der Ventilsitzfläche 6 auf und das Brennstoffeinspritzventil 1 wird geschlossen.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß an einem abströmseitigen Ende 13 des Düsenkörpers 3 eine Struktur 14 vorhanden ist, durch welche dem abzuspritzenden Brennstoff direkt abströmseitig des Dichtsitzes eine Kontur aufprägt wird, welche die Homogenisierung der Gemischwolke verhindert. Die Strukturierungsparameter sind bedingt durch ihre geometrische Anordnung weitgehend frei wählbar und können zur Strukturierung sowohl im Grob- als auch im Feinbereich oder auch kombiniert eingesetzt werden. Die erfindungsgemäßen Maßnahmen sind in den folgenden Figuren detailliert dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher beschrieben.
Die 2, 3 und 4 zeigen in ausschnittsweisen, teilweise geschnittenen Darstellungen verschiedene Ansichten des in 1 mit II bezeichneten Ausschnitts aus dem erfindungsgemäß ausgestalteten Brennstoffeinspritzventil 1. Übereinstimmende Bauteile sind dabei in allen Figuren mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen.
Wie bereits erwähnt, weist das erfindungsgemäß ausgestaltete Brennstoffeinspritzventil 1 gemäß 1 eine Struktur 14 auf, welche die Konturierung der Gemischwolke ermöglicht.
Die Struktur 14 ist dabei zinnenartig ausgebildet, wie aus 3 und 4 verdeutlichend hervorgeht. Dabei wechseln Vorsprünge 15 mit Lücken 16 ab, wobei die Breite der Vorsprünge 15 und der Lücken 16 variabel ist. In 4 sind beispielhaft Lücken 16 und Vorsprünge 15 dargestellt, welche ungleich große umfängliche Breiten aufweisen, jedoch in gleichen Winkelabständen zueinander angeordnet sind. Denkbar sind gleichbreite Lücken 16 und Vorsprünge 15, voneinander abweichende Breiten sowie Variationen in der Breite der Vorsprünge 15 und Lücken 16 jeweils zu anderen Vorsprüngen 15 und Lücken 16. Auch die Anzahl der Lücken 16 und der Vorsprünge 15 ist beliebig an die Anforderungen an die Form der Gemischwolke anpaßbar.
Die Vorsprünge 15 sind dabei, wie aus 2 deutlich wird, so ausgebildet, daß eine vollständige Blockierung der Brennstoffströmung an diesen Positionen erzielt wird, während im Bereich der Lücken 16 eine Austrittsgeschwindigkeit des Brennstoffs nahezu unverändert bleibt. Dadurch wird die Sprayaufbereitung im Bereich der Lücken 16 nicht beeinträchtigt.
Dadurch, daß bei gleichbleibenden Kenndaten des Brennstoffeinspritzventils 1 wie z.B. Austrittswinkel und Austrittsdurchmesser der Gemischwolke sowie minimaler Hub der Ventilnadel 4 die Einspritzmenge gezielt gesenkt werden kann, ist es möglich, Kleinstmengenprobleme zu lösen.
Wie aus 2 und 3 erkennbar, weisen die Vorsprünge 15 Stirnflächen 17 auf, welche parallel zu einer Längsachse 18 des Brennstoffeinspritzventils 1 ausgerichtet sind und den Ventilschließkörper 5 während seiner Axialbewegung führen. Ein Öffnungswinkel β der Lücken 16 relativ zur Ventilsitzfläche 6 ist variabel und kann verändert werden, um einen Öffnungswinkel der Gemischwolke zu beeinflussen.
5A zeigt die schematische Darstellung eines zu erwartenden Geschwindigkeitsprofils der Austrittsströmung eines erfindungsgemäß ausgestalteten Brennstoffeinspritzventils 1. Die auf Basis dieser Geschwindigkeitsverteilung per Simulation berechnete Gemischwolke 19 ist in 5B dargestellt.
Die Gemischwolke 19 ist dabei aus einzelnen Einspritzstrahlen 20 aufgebaut, welche aus den Lücken 16 austreten. Die Bereiche dazwischen bleiben leer, da sie durch die Vorsprünge 15 abgedeckt sind. Dadurch ist die Strähnigkeit der Gemischwolke 19 direkt beeinflußbar. Zudem kann vermieden werden, daß sich die Gemischwolke in Form eines geschlossenen Hohlkegels mit unausgewogenen Druckverhältnissen im Inneren und im angrenzenden Außenraum ausbildet.
Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt und z.B. auch für elektromagnetisch betätigbare Brennstoffeinspritzventile 1 anwendbar.

Claims

Brennstoffeinspritzventil (1), insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine, mit einer in einem Düsenkörper (3) angeordneten Ventilnadel (4), welche durch einen Aktor (7) betätigbar ist und durch eine Rückstellfeder (9) so beaufschlagt ist, daß ein mit der Ventilnadel (4) in Wirkverbindung stehender, dem Brennraum zugewandter Ventilschließkörper (5) im unbetätigten Zustand des Aktors (7) in dichtender Anlage an einer Ventilsitzfläche (6) gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenkörper (3) eine umfängliche, zinnenartige Struktur (14) aufweist.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Struktur (14) Lücken (16) und Vorsprünge (15) aufweist.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Vorsprünge (15) und Lücken (16) variabel ist.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine umfängliche Breite der Vorsprünge (15) variabel ist.
Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine umfängliche Breite der Lücken (16) variabel ist.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lücken (16) und die Vorsprünge (15) äquidistant sind.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine umfängliche Breite der Lücken (16) und der Vorsprünge (15) gleich groß ist.
Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge (15) Stirnflächen (17) aufweisen, welche parallel zu einer Längsachse (18) des Brennstoffeinspritzventils (1) orientiert sind.
Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Winkel (β) zwischen der Ventilsitzfläche (6) und den Lücken (16) veränderlich ist.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Winkel (β) eine Abspritzrichtung der eine Gemischwolke (19) bildenden Einspritzstrahlen (20) definiert ist.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine vom Brennstoff durchströmte innere Ausnehmung (12) des Brennstoffeinspritzventils (1) durch die Vorsprünge (15) teilweise abgedeckt ist.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine durch das Brennstoffeinspritzventil (1) abgespritzte Gemischwolke (19) aus einzelnen Einspritzstrahlen (20) aufgebaut ist, welche aus den Lücken (16) austreten.
Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilschließkörper (5) von den Vorsprüngen (15) geführt ist.
Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorher genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Struktur (14) unmittelbar stromabwärts der Ventilsitzfläche (6) am Düsenkörper (3) ausgebildet ist.